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短纤维浆种(包括废纸浆、草类浆和阔叶木浆等)无论在过去、现在还是未来的很长一段时间都是我国造纸使用的主要原料。为了克服目前所使用的技术和设备的一些缺陷,提高该类纸浆的使用品质和使用范围,本论文对短纤维浆种的中浓打浆机理、设备的关键配件及生产应用技术进行了一系列的研究。通过对不同浓度的打浆试验探索出适宜的中浓打浆浓度;系统分析了磨片齿高对短纤维中浓打浆效果的影响及其规律;采用表面改性方法S研制出L型高效、高耐磨的中浓打浆新型磨片,并对新旧中浓打浆磨片的生产使用效果和金相结构进行了分析和对比。此外,本论文还对短纤维浆种中浓打浆的生产使用效果进行了较为系统的研究,为该新技术及设备的推广应用提供了理论和实践方面的指导,并对中、低浓打浆机理的差异进行了探讨,在中浓打浆机理方面提出了一些新的观点和看法;
同一浆种、不同浓度的中浓打浆试验表明:在达到同样的打浆度值或纸页的物理强度指标时,较高浓度打浆时所需要的盘磨台数较少,打浆效率较高;在获得同样强度的纸页时,较高浓度打浆成浆的打浆度数值较小,也即是说较高浓度打浆可以实现低打浆度值抄造;在同样的打浆度时,较高浓度打浆成纸的物理强度指标较高;随着打浆浓度的增加,抄造纸页的伸缩性增强,在同样的打浆度数值下,较高浓度打浆成浆纤维湿重数值大,纤维筛分中长纤维筛分比例增加且分布比较均匀;纤维SEM扫描观察表明:随着打浆浓度的增加,打浆后成浆纤维的分丝、帚化比较显著,纤维压溃明显,随着打浆浓度的增加,打浆通过量呈现先增加后减少的趋势,而打浆电耗随浓度的增加则呈现先降低后增加的趋势,研究表明中浓打浆最适宜的浓度为10%左右。
本论文研究了磨片齿高对中浓打浆效果如:成浆物理强度指标、打浆电耗、成浆纤维形态等的影响。随着磨片齿高的降低,成浆的物理强度指标如抗张指数、耐破指数、撕裂指数等呈下降趋势,打浆通过量减小,打浆能耗增加,回归分析得出短纤维中浓打浆适宜的齿高为10mm。
本研究采用表面改性铸造方法S研制生产出中浓打浆L新型磨片,经金相结构检测和生产使用研究表明:表面改性方法S在磨片工作齿面生成的高硬度、细晶化均匀的共晶碳化物是L新型磨片高耐磨的主要原因,同时,细晶化均匀的齿面也提高了L新型磨片齿面的摩擦点的分布和摩擦系数的大小,增强了对纤维的内、外细纤维化效果;L新型磨片耐磨工作齿面的金相结构为共晶碳化物M<,3>C+M<,7>C<,3>结构,背面基体材质为珠光体+片状石墨,两种材质结合层为良好的冶金结合,与原有的中浓打浆磨片相比,L新型磨片打浆后成浆物理强度指标提高5.8%~17.9%,纤维表面结合性能改善,打浆电耗降低6.9%;另外,L新型磨片的生产使用寿命是原有磨片的2.6倍,而价格仅为原有磨片的1.2倍,具有优越的性价比! 对典型的短纤维浆种(蔗渣浆、芒杆浆、麦草浆、阔叶木浆)的中浓打浆的生产应用研究表明:与传统的低浓打浆相比,该新技术具有如下的特点:(1)较好的保留短纤维浆种的纤维长度和固有强度;(2)分丝、帚化能力强,纤维的内外细纤化优越,纤维的适抄能力增强,短纤维的伸缩能力增加,纸页的脆性减弱;(3)成浆纤维筛分中长纤维比例增加且纤维长度分布比较均匀,纸页匀度改观;(4)成纸物理强度指标提高18.2%~57%,打浆电耗降低23%~45.7%,经济效益显著。
在传统低浓打浆理论的基础上,本论文结合纸浆纤维流变学和快速摄影技术分析了中、低浓打浆机理的差异。分析表明:低浓状态下(C<6%)的打浆效果主要依靠磨片磨齿的机械剪切作用来完成,在中浓状态下(7%≤C≤15%),打浆效果主要由中浓打浆过程中磨片对纤维网络体的剪切摩擦形变和高速湍流剪切力场中小纤维网络体之间的相互作用来完成,在此基础上提出了中浓打浆机理---“摩擦形变效应”;另外,本论文提出了“打浆作用谱带”的看法,对不同浓度的打浆原理进行了综合和归纳,并对影响“摩擦形变效应”的因素进行了初步的、定性的分析和归纳。